Robust design per metal replacement di componenti automotive realizzati in additive manufacturing = Robust design for metal replacement of automotive components produced through additive manufacturing

Il seguente progetto di tesi si sviluppa nel campo dell’additive manufacturing. L’impiego di questa tecnologia è in forte crescita negli ultimi decenni e il ventaglio di applicazioni si sta espandendo sempre di più. La diffusione è resa possibile dalla versatilità e dalla possibilità di realizzare design complessi, oltre che dallo sviluppo di stampanti e tecnologie sempre più efficienti e precise, e dalla varietà dei materiali processabili: plastici, metallici, compositi. Tra le tecnologie usate per produrre componenti in materiale polimerico vi è il “Fused Filament Fabrication” (FFF), tecnica implementata anche nella linea pilota di additive manufacturing del CIM4.0, in cui, in seguito all’acquisizione di stampanti Roboze e all’applicazione di nuovi materiali plastici con proprietà meccaniche e termiche superiori a quelli standard, si è iniziato a sviluppare casi di “metal replacement” di componenti del campo automotive. Il metal replacement è un’attività ben nota nell’industria automobilistica, e il caso studio della tesi si è posto l’obbiettivo di creare componenti con prestazioni elevate, in grado di sostituire parti metalliche con funzioni strutturali. Nel corso della trattazione si articolano i passaggi di una progettazione robusta che tenga conto dei campi di variabilità del materiale e del processo di stampa, verificando che il componente continui ad essere efficiente nelle diverse condizioni di progetto. L’elemento designato per lo sviluppo della trattazione è un pedale dell’acceleratore di un veicolo di formula SAE, scelto tra una serie di componenti sui quali il team di studenti intende applicare i criteri del metal replacement al fine di alleggerire la vettura. Il progetto è stato sviluppato partendo dalla scelta fra numerosi e differenti componenti, studiandone funzionalità, applicazioni e requisiti; passando poi alla valutazione dei materiali a disposizione in modo da capire quale si adattasse meglio per caratteristiche meccaniche, tra quelli con proprietà più elevate come il CarbonPA e CarbonPeek. L’attività prosegue con la caratterizzazione meccanica dei materiali, con il contributo del centro interdipartimentale IAM in cui si sono svolte le prove di trazione. Questa fase è stata fondamentale per tracciare delle curve di comportamento del materiale e valutarne le effettive proprietà. Il passo successivo è stato riprogettare il componente seguendo i criteri del design for additive, analizzando il grado di resistenza del componente finale nelle diverse condizioni di progetto in modo da realizzare un design robusto. Per conseguire tale obiettivo è stato sviluppato un DOE che tenesse conto delle diverse direzioni di stampa e della variabilità delle proprietà del materiale, per poi eseguire una verifica strutturale, delle varie configurazioni ottenute, ricorrendo all’uso di un software di modellazione numerica. Valutando l’ambito in cui si inserisce il progetto di tesi e il ventaglio di configurazioni studiate, si è deciso di concludere scegliendo la configurazione che garantisse una massima resa in termini di prestazioni, alleggerimento e produttività.